蒼茫夜色下,萬裡平沙的大漠,似一層皚皚白雪。原來是素白的月光,由山嶺上皎潔明月撒向人間,被無數沙礫裹挾。月亮,不僅出現于古今中外的文學作品,在當今也頻繁在新聞中報道。曾幾何時,“月球”一詞取代“月亮”,在諸多場合屢屢提及,令人對地球唯一的衛星好奇又肅然起敬。
很多人從未注意,在過去無數皓月當空的夜晚,我們從沒見過完整的月背圖案。也就是說,我們見到的月亮,基本隻是月球的正面。同時,在2019年以前,全世界的科學家沒有誰清楚月背近距離的模樣。這是為什麼呢?
一、 隻見過正面的月亮
月球是地球的天然衛星,其自轉周期與繞地球公轉周期相同,約一個月。也就是說,在繞地球轉完一周的同時,月球自己也正好轉一圈。
為什麼說我們隻見過月亮的正面呢?将地球想象成一隻皮球,在原地轉動。将月亮看成一個人,人的正面看成月球正面。此人花一個月時間沿“北-西-南-東-北”方向繞皮球一圈。同時,在繞走過程中始終面朝皮球,類似月球始終将正面朝向地球。這種現象,就是月球在公轉的同時同步自轉造成的。
月球的公轉與自轉一直同步嗎?又是為何同步呢?
事實上,在遠古時代,月球和地球的自轉都比現在快。但月球由于地球引力,面向地球的地方受引力大,背部受引力小。于是月球不再是标準的圓,而向地球微微“隆起”。由于當時月球自轉更快,正對地球凸起的位置随時變換,導緻月球内部岩石摩擦,質心不斷改變。
最終,在内部摩擦的作用下,月球自轉減速,直到一面永遠正對地球。這時,月球自轉的速度相對穩定。
受月球的引力,地球也同樣形成“隆起”,産生我們熟知的“潮漲潮落”。月球以同一面朝着質量更大的地球公轉,也被稱為潮汐鎖定。
二、50年前登上月球人類對月球真正的探索,還要追溯到上世紀60至80年代,前蘇聯和美國的太空競賽。
二戰結束後,大批納粹德國的技術專家被前蘇聯、英美的國家部門激烈争奪。德國工程師沃納·馮·布勞恩,位居各國榜首。
在戰争後期,布勞恩将多年的研究心血,連同團隊和智囊團的退路安排妥當。他明确自己在美國軍方的地位,因此向美軍巧妙傳話,最終安全轉移美國。布勞恩到美國後,大展宏圖,參與了阿波羅計劃、水星計劃等多項美國重大航天計劃。
1959年,前蘇聯向太空發射的“月球3号”無人探月器,傳回29祯月背圖像,覆蓋月球約70%面積,為人類曆史上第一個拍到月背圖像的探測器。緊接着,前蘇聯又将動物送上了太空。
前蘇聯的發展之快讓美國驚慌。艾森豪威爾将第一個載人航天計劃稱為“水星計劃”,希望理由已有資源,搶在前蘇聯之前送人上天。然而1961年4月12日,前蘇聯宇航員加加林實現太空飛行。消息傳來,美國不得不加快腳步。
同年5月5日,第一位美國人進入太空——宇航員艾倫·斜坡搭載“自由7号”飛船,在亞軌道飛行15分22秒。之後,美國在1962年實現宇航員軌道飛行4小詩55分23秒,水星計劃圓滿落幕。
最為後人銘記的,是在“水星計劃”後期誕生,開啟一系列載人登月任務的“阿波羅計劃”。自1961起,曆時11年,耗費當年美國總科研經費的20%。其中阿波羅8号、阿波羅10号均繞月飛行,獲得月背圖片。1969年,阿波羅11号首次登錄月面,在采集樣品外拍攝了月面照片,包括宇航員的腳印。
這是美國宇航員第一次登上月球,尼爾·阿姆斯特朗即跨出第一步的宇航員。他在月面着陸後的第一句話,成為永垂青史的名言:“這是我的一小步,人類的一大步”。
既然在50年前,美國就成功登陸月球,為何遲遲不登月背探索一番呢?
三、為何登上月背如此艱難相比月球正面,月背布滿隕石坑和環形山,坑窪很多,這一定程度上也為地球阻擋了撞擊。同時,月背的地表下相比地球保存着更為原始的地質狀态,對地月早期曆史謎團的探究意義重大。但是,對月背的探索比月球正面艱難得多。
美國擔心到達月背後,宇航員與地球的通訊中斷,造成難以預料的後果。由于月球擋住了無線電信号傳遞,需要通過精密計算,用中繼衛星幫助通訊,而宇宙中能安放中繼衛星的位置并不多。從上世紀60年代起,NASA就一直在提設想、論證,但從未赴以實踐。
另外,還有很多需要解決的問題,例如,若太陽能闆失效,如何保證登陸器正常獲得能量;月夜溫度極低時,如何保證正常運作;月背如此崎岖不平,如何保證探測器以正确姿态着陸等等。
直到2019年1月31日,我國嫦娥四号探測器成功在月背最古老、最大的盆地着陸,向全世界公布人類第一張近距離拍攝的月背圖像。這才實現了人類首次登錄月背的壯舉,具有劃時代的意義。
四、美國曾“轟炸”月背探水2009年,美國探測器在月背發現氫的痕迹,說明月球可能存在水。于是美國宇航局計劃’轟炸”月球,通過撞擊,檢測月球塵土,來證實水是否存在。
2009年6月19日,美國“月球隕坑觀測和遙感衛星”(LCROSS)與“月球勘測軌道器”一同搭載“阿特拉斯5号”火箭從佛羅裡達州發射升空。由“半人馬座火箭”率先撞擊月球,為後來的衛星撞擊開路。LCROSS衛星緊接着火箭第二次撞擊。
據估計,二者時速約9000公裡,超出音速7倍,能撞出一個新環形山。其威力可見一斑!
第一擊,來自火箭。永久陰暗的月球南極,在科學家精确計算的角度,遭到2.2噸重的“半人馬座火箭”猛烈一擊,揚起約1萬米高的塵土,撞出了約20米寬、5米深的大坑。與此同時,來自月表和表面一下的塵土,将回答月球背面是否有水的謎題。
第二擊,來自人造衛星。在第一擊後4分鐘時間裡,衛星采集羽狀碎片數據傳回控制中心。之後,衛星自己也撞向月球。撞擊一僅小時後,美國方面就得出了結果:暗隕坑中有兩個含水層。不過,NASA對相關數據的細節并未公布。
人類從未停止過對宇宙的探索。斯蒂芬·威廉·霍金曾在2017年11月預言稱,人類可能在2600年前滅絕。要擺脫滅絕,隻能寄托于适合生存的星球。
他還表示,若想人類長久生存,就要探索從未到達的地方。也有人設想,月球上的水資源可以化為燃料,幫助人們在月球建立火箭發射基地,向宇宙更深處發射探測器。這些猜想、謎團都需要一步步驗證、解開。
茫茫宇宙,奧秘無數。也許平常百姓鮮有關注,但在航天研究人員與技術難題鬥争,捍衛國家太空資源。航天技術與百姓生活密切相關,與國家安全緊密相連。
而我們一代代孩子,應多了解國家航天事業,在孩童時期種下探索宇宙的心。江山代有人才出,希望人類偉大的科學事業能發揚傳承,向着更高層次邁進!
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